專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，包括15-21%三氧化二鋁，9-13%二氧化鈦，2-5%氟化鈣，2-6%氧化鈰，2-5%氮化硅，2-4%硅，余量為鎳基。該鎳基金屬陶瓷合金粉末在連續波光纖激光熔覆的過程中，不僅能夠大大提高金屬件對激光的吸收率、降低熔點，而且能夠在其表面形成一層內部組織結構致密，無裂紋、縮孔、氣泡等缺陷熔覆層，大大增加的金屬件的使用壽命，降低了生產成本。
【專利說明】專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末
【技術領域】
[0001]本發明公開了金屬陶瓷合金粉末，特別是一種專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末。
【背景技術】 [0002]激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點，現在正被越來越多的領域所使用，其中激光熔覆就是表面處理技術中的一種。概括的說，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射至金屬材料表面，使基材表面迅速融化，液態的金屬形成一個小規模的熔池，同時填注新的粉末材料，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態金屬層。待激光光束掃描以后，液態金屬層迅速冷卻由此在金屬表面形成一層固態的熔覆層。
[0003]然而，目前國內市場上幾乎沒有連續波光纖激光熔覆專用的金屬粉末，通常所使用的合金粉末大多為熱噴涂所用自熔合金粉末。由于兩種技術的傳熱方式、工藝條件等不同，熱噴涂所用自熔合金粉末直接用于連續波光纖激光熔覆后，激光吸收率較低，一般在30-40%左右。熔覆層容易出現裂紋、縮松、縮孔、氣孔等缺陷，而且，熔覆層的硬度、強度等往往不能達到工藝生產要求。例如絕大多數自熔合金粉末中硼和硅的含量較高，使激光熔覆過程中的一些夾雜如硼硅酸鹽無法順利從快速凝固的熔池內浮出，導致激光熔覆層開裂敏感性大，激光熔覆層硬度高時開裂現象尤為明顯。因此，研制出一種專門用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末十分迫切。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是:本發明提供了一種專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末，該鎳基金屬陶瓷合金粉末在連續波光纖激光熔覆的過程中，不僅能夠大大提高金屬件對激光的吸收率、降低熔點，而且能夠在其表面形成一層內部組織結構致密，無裂紋、縮孔、氣泡等缺陷熔覆層，大大增加的金屬件的使用壽命，降低了生產成本。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，包括15-21%三氧化二鋁，9-13% 二氧化鈦，2-5%氟化鈣,2~6%氧化鋪，2~5%氣化娃，2~4%娃,余量為鎮基。
[0006]上述的鎳基金屬陶瓷合金粉末優選的包括17%三氧化二鋁，11% 二氧化鈦，3%氟化鈣，4%氧化鋪，3%氮化娃，3%硅，余量為鎳基。
[0007]本發明所述的專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末作用如下:
[0008]鎳(Ni)元素:作為金屬陶瓷基材，熔覆時徹底熔融，與熔融狀態的基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均勻分布后凝固成熔覆層，以增加熔覆層硬度。
[0009]三氧化二鋁(Al2O3):屬于金屬陶瓷粉末，作為強化微粒存在于熔覆層中，能夠極大的提高熔覆層硬度及強度，可以降低熔覆層開裂的敏感性。[0010]二氧化鈦(TiO2):有利于提高本發明的鎳基金屬合金粉末對激光的吸收率，從而可以減少激光器的功率輸出，提高能源的利用率。
[0011]氟化鈣(CaF2):作為添加材料，用于減少熔覆層凝固時的內應力，防止凝固后出現熱裂紋、縮孔、縮松等缺陷，提高金屬內部組織的致密性。
[0012]氧化鈰(CeO2):能夠提高金屬合金粉末對激光的吸收率，增加能源的利用率。
[0013]氮化硅(SiN4):作為除三氧化二鋁(Al2O3)之外的第二種陶瓷顆粒存在，在熔覆過程中不熔化，但對激光的熱吸收率大，可加速分散熱量，并作為低硬度金屬元素與超高硬度陶瓷顆粒的緩和，增強抗蠕變性，抗氧化性，提高耐腐蝕性，可控制稀釋率。
[0014]硅(Si)元素:在自熔性粉末中起自造渣及保護作用，降低熔點，可以與進入熔池的氧元素優先形成硅酸鹽，覆蓋于熔池表面，防止液態金屬過渡氧化，提高液態金屬的潤濕能力，對鐵素體有較大的固熔強化作用，硅能細化珠光體組織。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]①本發明所述的鎳基金屬陶瓷合金粉末，在連續波光纖激光熔覆中，鎳基合金粉末對激光具有較高的吸收率，提高了能源的利用率，節約了生產成本；
[0017]②本發明所述的鎳基金屬陶瓷合金粉末，能夠控制熔覆層的稀釋度，降低粉末的損耗，降低生產成本；
[0018]③通 過本發明所述的鎳基金屬陶瓷合金粉末，形成的熔覆層內部組織致密，無裂紋、縮松、氣孔等缺陷，并且具有高硬度、強度、韌性以及高耐腐蝕性等性能。
具體實施例
[0019]下面通過具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0020]實施例1
[0021 ] 將15%三氧化二鋁，9%二氧化鈦，2%氟化韓，2%氧化鋪，2%氮化娃，2%硅，余量為鎳基。將其充分混合，得到500g的100-200目的鎳基金屬陶瓷合金粉末。
[0022]實施例2
[0023]21%三氧化二鋁，13% 二氧化鈦，5%氟化鈣，6%氧化鋪，5%氮化硅，4%硅，余量為鎳基。將其充分混合，得到500g的100-200目的鎳基金屬陶瓷合金粉末。
[0024]實施例3
[0025]將17%三氧化二鋁，11% 二氧化鈦,3%氟化鈣，4%氧化鈰，3%氮化硅，3%硅，余量為鎳基，將其充分混合，得到500g的100-200目的鎳基金屬陶瓷合金粉末。
[0026]實施例4
[0027]取500g，粒度大小為100-200目的普通金屬合金粉末。
[0028]使用光纖激光器，采用同軸送粉的方式，將實施例1、實施例2與實施例3中混合好的金屬合金粉末在金屬件表面分別進行激光熔覆，通過激光熔覆頭的噴粉孔均勻噴出，采用連續波光纖激光，激光波長為1.06um，輸出功率為4000W，運行速度為2m/min，單道寬度為2_。經過激光熔覆將金屬件進行機械檢測得到以下數據:(下表中的距離是以熔覆層的最下表面為基平面，基平面以上為正，基平面以下為負)?；挠捕戎禐?2HRC，磨損重量24mg。(測試磨損重量:將基材與熔覆后的樣品進行磨損試驗，在相同的條件下進行2個小時磨損試驗)
【權利要求】
1.專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，包括15-21%三氧化二鋁，9-13% 二氧化鈦，2-5%氟化鈣，2-6%氧化鈰，2-5%氮化硅，2_4%硅，余量為鎳基。
2.根據權利要求1所述的專用于連續波光纖激光熔覆的鎳基金屬陶瓷合金粉末，其特征在于:所述的鎳基金屬陶瓷合金粉末包括17%三氧化二鋁，11% 二氧化鈦，3%氟化鈣，4%氧化鈰，3%氮化硅， 3%硅，余量為鎳基。
【文檔編號】C23C14/10GK103602948SQ201310589434
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】柳岸敏, 張翀昊 申請人:柳岸敏